JP2007049000A - Semiconductor integrated circuit device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体集積回路装置およびその製造方法に関し、特に、電荷蓄積用の浮遊ゲート電極と、制御ゲート電極と、補助ゲート電極とでメモリセルを構成した不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法に適用して有効な技術に関する。 The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a nonvolatile semiconductor memory device in which a memory cell is configured by a floating gate electrode for charge storage, a control gate electrode, and an auxiliary gate electrode, and a manufacturing method thereof. It is related to effective technology.
電気的に書き換え可能な不揮発性メモリとして、電荷蓄積用の浮遊ゲート電極(以下、浮遊ゲートという)と制御ゲート電極(以下、制御ゲートという)とを備えたフラッシュメモリが知られている。また、この種のフラッシュメモリの一つとして、メモリアレイ内にさらに補助ゲート電極(以下、補助ゲートという)を設けることによって、書込み速度の高速化とメモリセルサイズの縮小とを両立させたAG(Assist gate)−AND型フラッシュメモリが知られている。 2. Description of the Related Art As an electrically rewritable nonvolatile memory, a flash memory including a charge storage floating gate electrode (hereinafter referred to as a floating gate) and a control gate electrode (hereinafter referred to as a control gate) is known. In addition, as one type of flash memory, an auxiliary gate electrode (hereinafter referred to as an auxiliary gate) is further provided in the memory array, so that an AG ( Assist gate) -AND type flash memory is known.
AG−AND型フラッシュメモリについては、例えば特開2005−85903号公報(特許文献1)に開示されている。この文献に記載されたフラッシュメモリのメモリアレイには、一方向に延在する複数の補助ゲートが互いに隣接した状態で配置されている。また、これらの補助ゲートの上層には、補助ゲートの延在方向と直交する方向に延在する複数の制御ゲートが互いに隣接した状態で配置され、ワード線を構成している。さらに、上記複数の補助ゲートのそれぞれのスペース領域には、電荷蓄積用の浮遊ゲートが、補助ゲートおよび制御ゲートと電気的に分離された状態で配置されている。 The AG-AND flash memory is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-85903 (Patent Document 1). In the memory array of the flash memory described in this document, a plurality of auxiliary gates extending in one direction are arranged adjacent to each other. In addition, a plurality of control gates extending in a direction perpendicular to the extending direction of the auxiliary gates are arranged adjacent to each other above the auxiliary gates to form a word line. Furthermore, a floating gate for storing electric charge is disposed in each space region of the plurality of auxiliary gates in a state of being electrically separated from the auxiliary gate and the control gate.
AG−AND型フラッシュメモリは、その微細化が進むと、浮遊ゲートの周囲の全静電容量に対する浮遊ゲートと制御ゲートとの間の静電容量の比で表されるカップリング比が低下し、メモリセルを高速動作させることが困難になる。その対策として、上記文献に記載されたフラッシュメモリは、浮遊ゲートの高さを補助ゲートの高さよりも大きくすることによって、カップリング比の増加を図っている。 When the miniaturization of the AG-AND flash memory progresses, the coupling ratio represented by the ratio of the capacitance between the floating gate and the control gate to the total capacitance around the floating gate decreases, It becomes difficult to operate the memory cell at high speed. As a countermeasure, the flash memory described in the above document attempts to increase the coupling ratio by making the height of the floating gate larger than the height of the auxiliary gate.
上記文献に記載されたAG−AND型フラッシュメモリにおいて、補助ゲートよりも高さの大きい浮遊ゲートは、概略、次のような方法によって形成される。 In the AG-AND flash memory described in the above document, the floating gate having a height higher than that of the auxiliary gate is generally formed by the following method.
まず、シリコン基板上に補助ゲート用の第1多結晶シリコン膜を堆積し、続いて第1多結晶シリコン膜の上部にキャップ絶縁膜を堆積する。浮遊ゲートの高さは、補助ゲート(第1多結晶シリコン膜)の膜厚とキャップ絶縁膜の膜厚とによって規定されるので、キャップ絶縁膜は、厚い膜厚で形成する。キャップ絶縁膜は、エッチングストッパとして機能する窒化シリコン膜とその上部に堆積した厚い第1酸化シリコン膜とで構成される。 First, a first polycrystalline silicon film for an auxiliary gate is deposited on a silicon substrate, and then a cap insulating film is deposited on top of the first polycrystalline silicon film. Since the height of the floating gate is defined by the thickness of the auxiliary gate (first polycrystalline silicon film) and the thickness of the cap insulating film, the cap insulating film is formed with a large thickness. The cap insulating film is composed of a silicon nitride film functioning as an etching stopper and a thick first silicon oxide film deposited thereon.
次に、フォトレジスト膜をマスクにしたドライエッチングでキャップ絶縁膜と第1多結晶シリコン膜とをパターニングすることによって、厚いキャップ絶縁膜で覆われた補助ゲートを形成する。ここまでの工程で、シリコン基板のメモリアレイ領域には、一方向に延在する複数の補助ゲートが互いに隣接した状態で配置される。 Next, the cap insulating film and the first polycrystalline silicon film are patterned by dry etching using the photoresist film as a mask to form an auxiliary gate covered with a thick cap insulating film. Through the steps so far, a plurality of auxiliary gates extending in one direction are arranged adjacent to each other in the memory array region of the silicon substrate.
次に、補助ゲートおよびキャップ絶縁膜の側壁にサイドウォールスペーサを形成する。サイドウォールスペーサは、補助ゲートと浮遊ゲートとを電気的に分離するための絶縁膜である。サイドウォールスペーサを形成するには、シリコン基板上に第2酸化シリコン膜を堆積した後、この第2酸化シリコン膜を異方性エッチングし、補助ゲートおよびキャップ絶縁膜の側壁に残す。第2酸化シリコン膜は、補助ゲートのスペース幅の半分以下の膜厚で堆積する。 Next, sidewall spacers are formed on the sidewalls of the auxiliary gate and the cap insulating film. The sidewall spacer is an insulating film for electrically separating the auxiliary gate and the floating gate. In order to form the sidewall spacer, after depositing a second silicon oxide film on the silicon substrate, the second silicon oxide film is anisotropically etched and left on the side walls of the auxiliary gate and the cap insulating film. The second silicon oxide film is deposited with a film thickness equal to or less than half the space width of the auxiliary gate.
上記の異方性エッチングを行うと、補助ゲートのスペース領域のシリコン基板表面には、エッチング時に生じたカーボンなどを含むエッチングダメージ層が形成される。そこで、次に、低ダメージのドライエッチングを行ってエッチングダメージ層を除去し、さらにウェットエッチングを行ってシリコン基板の表面を清浄化した後、シリコン基板を熱処理することによって、その表面に薄い酸化シリコン膜を形成する。 When the anisotropic etching is performed, an etching damage layer containing carbon or the like generated during etching is formed on the surface of the silicon substrate in the space region of the auxiliary gate. Therefore, next, dry etching with low damage is performed to remove the etching damage layer, and further, wet etching is performed to clean the surface of the silicon substrate, and then the silicon substrate is heat-treated to form thin silicon oxide on the surface. A film is formed.
次に、シリコン基板上に浮遊ゲート用の第2多結晶シリコン膜を堆積することによって、補助ゲートのスペース領域に第2多結晶シリコン膜を充填した後、その表面の高さがキャップ絶縁膜の表面の高さよりも僅かに低くなるまで、第2多結晶シリコン膜の表面をエッチバックする。 Next, by depositing the second polycrystalline silicon film for the floating gate on the silicon substrate, the space region of the auxiliary gate is filled with the second polycrystalline silicon film, and then the height of the surface is the cap insulating film. The surface of the second polycrystalline silicon film is etched back until it becomes slightly lower than the surface height.
次に、補助ゲートを覆うキャップ絶縁膜の一部(第1酸化シリコン膜)とその側壁のサイドウォールスペーサ(第2酸化シリコン膜)とをドライエッチングして除去する。このエッチングは、キャップ絶縁膜の他部(窒化シリコン膜)をエッチングストッパに用いて行い、窒化シリコン膜の表面が露出したところでエッチングを停止する。ここまでの工程で、メモリアレイ領域を一方向に延在する複数の補助ゲートのそれぞれのスペース領域に、補助ゲートよりも高さの大きい第2多結晶シリコン膜が残る。 Next, a part of the cap insulating film (first silicon oxide film) covering the auxiliary gate and the sidewall spacer (second silicon oxide film) on the side wall are removed by dry etching. This etching is performed using the other part of the cap insulating film (silicon nitride film) as an etching stopper, and the etching is stopped when the surface of the silicon nitride film is exposed. Through the steps so far, the second polycrystalline silicon film having a height higher than that of the auxiliary gate remains in the space region of each of the plurality of auxiliary gates extending in one direction in the memory array region.
次に、シリコン基板上に酸化シリコン膜、窒化シリコン膜および酸化シリコン膜からなる薄い絶縁膜(ONO膜)を形成した後、ONO膜の上部に制御ゲート用の第1導体膜を堆積する。第1導体膜は、例えば多結晶シリコン膜とその上部に堆積したタングステンシリサイド膜とで構成する。 Next, after forming a thin insulating film (ONO film) made of a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxide film on the silicon substrate, a first conductor film for a control gate is deposited on the ONO film. The first conductor film is composed of, for example, a polycrystalline silicon film and a tungsten silicide film deposited thereon.
次に、フォトレジスト膜をマスクにしたドライエッチングで第1導体膜とその下層のONO膜および第2多結晶シリコン膜とをパターニングすることによって、第1導体膜からなる制御ゲート(ワード線)を形成する。ここまでの工程で、シリコン基板のメモリアレイ領域には、補助ゲートの延在方向と直交する方向に延在する複数の制御ゲートが互いに隣接した状態で配置される。また、このドライエッチングによって、補助ゲートと同一方向に延在する第2多結晶シリコン膜がメモリセル毎に分離されて浮遊ゲートが形成される。
上記文献に記載された浮遊ゲートの製造方法には、次のような問題がある。これを図25〜図32を参照しながら説明する。 The method for manufacturing a floating gate described in the above document has the following problems. This will be described with reference to FIGS.
浮遊ゲートを形成するには、まず図25に示すように、単結晶シリコンからなる半導体基板1にp型ウエル2を形成し、続いて、p型ウエル2の表面にゲート酸化膜3を形成する。次に、ゲート酸化膜3上にn型多結晶シリコン膜とキャップ絶縁膜35とを堆積した後、フォトレジスト膜をマスクにしたドライエッチングでキャップ絶縁膜とn型多結晶シリコン膜とをパターニングすることにより、n型多結晶シリコン膜からなる補助ゲート34を形成する。キャップ絶縁膜35は、例えば窒化シリコン膜とその上部に堆積した第1酸化シリコン膜との積層膜で構成する。次に、半導体基板1上にCVD法で第2酸化シリコン膜38aを堆積する。ここで、第2酸化シリコン膜38aの堆積には、液体ソースのTEOS(TetraEthOxySilane)を原料とするCVD(Chemical Vapor Deposition)法が用いられている。これは、TEOSを原料とするCVD法は、(1)成膜速度が比較的大きいので、工程の処理時間を短縮できる利点がある、(2)露出面積比によって成膜速度が変化するローディング効果が起き難いので、補助ゲート34、34の狭いスペース領域に均一に膜付けするのに向いている、という理由による。
In order to form the floating gate, first, as shown in FIG. 25, the p-
次に、図26に示すように、第2酸化シリコン膜38aを異方性エッチングすることによって、補助ゲート34とキャップ絶縁膜35のそれぞれの側壁にサイドウォールスペーサ38を形成する。ここで、サイドウォールスペーサ38の形成には、比較的高圧力(30Pa程度)のエッチング条件が採用されている。
Next, as shown in FIG. 26,
上記の異方性エッチングを行うと、補助ゲート34、34のスペース領域では、p型ウエル2の表面が削られるので、p型ウエル2の表面をウェットエッチングで清浄化した後、基板1を熱処理することによって、p型ウエル2の表面に酸化シリコン膜39を形成する。
When the anisotropic etching is performed, the surface of the p-
次に、図27に示すように、基板1上にCVD法を用いてn型多結晶シリコン膜40nを堆積した後、n型多結晶シリコン膜40nの表面をエッチバックすることによって、その表面をキャップ絶縁膜35の表面よりも僅かに下方に後退させる。n型多結晶シリコン膜40nは、後の工程で浮遊ゲートとなる導体膜である。
Next, as shown in FIG. 27, after depositing an n-type
次に、図28に示すように、キャップ絶縁膜35の一部(第1酸化シリコン膜)をドライエッチングして除去する。このドライエッチングは、キャップ絶縁膜35の残部である窒化シリコン膜をエッチングストッパに用いて行う。第1酸化シリコン膜をドライエッチングすると、露出した窒化シリコン膜の上面より上方のサイドウォールスペーサ38も除去されるので、窒化シリコン膜の上面とサイドウォールスペーサ38の上面とがほぼ同じ高さになる。ここまでの工程により、補助ゲート34よりも高く、かつ補助ゲート34と同一方向に延在するn型多結晶シリコン膜40nが補助ゲート34およびサイドウォールスペーサ38に対して自己整合的に形成される。
Next, as shown in FIG. 28, a part of the cap insulating film 35 (first silicon oxide film) is removed by dry etching. This dry etching is performed using the silicon nitride film which is the remaining part of the cap
次に、図29に示すように、基板1上にONO膜41を形成した後、ONO膜41上にn型多結晶シリコン膜42n、タングステンシリサイド膜42mおよび酸化シリコン膜43を順次堆積する。ONO膜41は、CVD法で堆積した3層の絶縁膜(酸化シリコン膜、窒化シリコン膜および酸化シリコン膜)で構成する。n型多結晶シリコン膜42nおよびタングステンシリサイド膜42mは、後の工程で制御ゲート(ワード線)となる導体膜である。
Next, as shown in FIG. 29, after an
次に、酸化シリコン膜43、タングステンシリサイド膜42mおよびn型多結晶シリコン膜42nをパターニングすることにより、図30に示すように、制御ゲート42(ワード線WL)が形成される。次に、制御ゲート42、42のスペース領域のONO膜41およびn型多結晶シリコン膜40nをパターニングすることにより、補助ゲート34と同一方向に延在していた帯状のn型多結晶シリコン膜40nがメモリセル毎に分離され、制御ゲート42(ワード線WL)に対して自己整合的に浮遊ゲート40が形成される。
Next, by patterning the
上記したように、従来の製造方法は、補助ゲート34の側壁に第2酸化シリコン膜38aからなるサイドウォールスペーサ38を形成する際、TEOSを原料とするCVD法を用いて第2酸化シリコン膜38aを堆積している。また、第2酸化シリコン膜38aを異方性エッチングしてサイドウォールスペーサ38を形成する際、比較的高圧力(30Pa程度)のエッチング条件を採用している。
As described above, in the conventional manufacturing method, when the
ところが、TEOSを原料とするCVD法で堆積した第2酸化シリコン膜(TEOS膜)38aは、膜の稠密性が低いことから、異方性エッチングおよびその後のウェットエッチング工程でサイドウォールスペーサ38の形状にばらつきが生じ易い。また、第2酸化シリコン膜38aを比較的高圧力の条件で異方性エッチングした場合は、補助ゲート34、34の狭いスペース領域において、いわゆるマイクロローディング効果が生じ、エッチングが進む箇所と進み難い箇所が生じるので、やはり形状のばらつきが生じ易い。
However, since the second silicon oxide film (TEOS film) 38a deposited by the CVD method using TEOS as a raw material has low film density, the shape of the
このように、従来の製造方法では、補助ゲートの側壁に形成されるサイドウォールスペーサの加工形状に凹凸が生じ易い、という問題のあることが本発明者の検討によって明らかとなった。 As described above, it has been clarified by the present inventors that the conventional manufacturing method has a problem that the processed shape of the side wall spacer formed on the side wall of the auxiliary gate is likely to be uneven.
AG−AND型フラッシュメモリの浮遊ゲートは、上述したように、補助ゲートおよびサイドウォールスペーサに対して自己整合的に形成される。従って、浮遊ゲートの下地となるサイドウォールスペーサの加工形状に凹凸がある場合には、補助ゲートのスペース領域に充填される浮遊ゲート用の多結晶シリコン膜も、サイドウォールスペーサの加工形状に倣った形状となる。その結果、多結晶シリコン膜をエッチングして浮遊ゲートを形成する工程で、サイドウォールスペーサの陰になった部分の多結晶シリコン膜がエッチングされ難くなり、極端な場合には、隣接浮遊ゲート間が分離されずに短絡する不良を引き起こす。 As described above, the floating gate of the AG-AND flash memory is formed in a self-aligned manner with respect to the auxiliary gate and the sidewall spacer. Therefore, when the processed shape of the side wall spacer serving as the base of the floating gate is uneven, the polycrystalline silicon film for the floating gate filled in the space region of the auxiliary gate also follows the processed shape of the side wall spacer. It becomes a shape. As a result, in the process of etching the polycrystalline silicon film to form the floating gate, the portion of the polycrystalline silicon film that is behind the side wall spacer is difficult to be etched. Causes a short circuit without being separated.
また、サイドウォールスペーサの陰になった部分の多結晶シリコン膜がエッチングされ難くなると、隣接浮遊ゲート間の短絡に至らない場合でも、浮遊ゲートの平面形状は、エッチングされ難い四隅が尖って角を突き出した様ないびつな形状になる(図30参照)。そして、浮遊ゲートがこのような形状になると、所定のメモリセルの書換え動作を繰り返し行う際に、その周囲のメモリセルの閾値電圧まで意図せず変えてしまう「ディスターブ現象」という問題が生じ易くなることが考えられる。 In addition, if the polycrystalline silicon film in the shadow of the side wall spacer becomes difficult to etch, the planar shape of the floating gate has sharp four corners that are difficult to etch even if the short circuit between adjacent floating gates does not occur. It becomes an irregular shape that protrudes (see FIG. 30). If the floating gate has such a shape, a problem of “disturb phenomenon” that unintentionally changes the threshold voltage of the surrounding memory cell when the rewrite operation of a predetermined memory cell is repeatedly performed is likely to occur. It is possible.
すなわち、図31に示すように、選択メモリセル(MC0)の浮遊ゲート(FG0)の四隅が尖っていると、消去動作の際に当該箇所での電界集中が生じるため、電子が高いエネルギーを持った状態でシリコン基板に放出されることになる。シリコン基板に放出されたこの電子は、基板中で2次電子を生み出し、生み出された電子が再び基板表面の酸化シリコン膜中に入り込む。そして、酸化シリコン膜中に入り込んだ2次電子は、選択メモリセル(MC0)の消去電界によって選択メモリセル(MC0)から遠ざけられ、特に対向する隣接メモリセル(MC1、MC2)が閾値電圧の低い消去状態にある場合には、隣接メモリセル(MC1、MC2)の浮遊ゲート(FG1、FG2)に注入される。このように、選択メモリセル(MC0)の浮遊ゲート(FG0)の四隅が尖っている場合には、消去時に放出される高いエネルギーを持った電子が生み出す2次電子によって、本来変化して欲しくない隣接メモリセル(MC1、MC2)の閾値電圧も上昇するというディスターブ現象を引き起こす。
That is, as shown in FIG. 31, if the four corners of the floating gate (FG 0 ) of the selected memory cell (MC 0 ) are sharp, electric field concentration occurs at the location during the erase operation, so that electrons have high energy. It is emitted to the silicon substrate in the state of holding. The electrons emitted to the silicon substrate generate secondary electrons in the substrate, and the generated electrons enter the silicon oxide film on the substrate surface again. Then, secondary electrons having entered in the silicon oxide film, the selected memory cell (MC 0) by the erase field is away from the selected memory cell (MC 0),
図32は、上記のディスターブ現象を受けた隣接メモリセル(MC1、MC2)の閾値電圧の変化の様子を示したグラフである。 FIG. 32 is a graph showing changes in the threshold voltage of adjacent memory cells (MC 1 , MC 2 ) that have undergone the disturb phenomenon.
書換え時に選択されるワード線は、その都度異なるが、一つの場合として、ある特定のワード線が連続して選択されて書換え続けられる可能性もある。このような極端なケースを考えた場合、四隅が尖った浮遊ゲートを有する選択メモリセルに隣接したメモリセルの閾値電圧は、上記のディスターブ現象によって次第に上昇し、遂には所定の電圧範囲を越えて記憶情報の誤書込みに至る。これが隣接メモリセルヘのディスターブ現象である。 The word line selected at the time of rewriting is different each time, but as one case, there is a possibility that a specific word line is continuously selected and rewritten. When considering such an extreme case, the threshold voltage of the memory cell adjacent to the selected memory cell having the floating gate with the four corners gradually increases due to the disturb phenomenon, and finally exceeds the predetermined voltage range. This leads to erroneous writing of stored information. This is a disturb phenomenon to adjacent memory cells.
今後、メモリセルサイズの微細化が進み、メモリセル間隔が狭くなってくると、こうした問題がより顕著になることが考えられる。また、ディスターブ現象の原因となる浮遊ゲートの形状不良は、ウエハプロセス中のパターン欠陥検査工程において判断することが難しいという問題もある。従って、AG−AND型フラッシュメモリの製造工程では、浮遊ゲートの形状不良を引き起こさないよう、すなわち四隅が尖った形状にしないようにすることが要求される。 In the future, if the memory cell size is further miniaturized and the memory cell interval becomes narrower, such a problem may become more prominent. Further, there is a problem that it is difficult to determine the shape defect of the floating gate that causes the disturb phenomenon in the pattern defect inspection process in the wafer process. Therefore, in the manufacturing process of the AG-AND type flash memory, it is required not to cause a shape defect of the floating gate, that is, not to have a shape with four sharp corners.
本発明の目的は、AG−AND型フラッシュメモリのような不揮発性記憶素子において、信頼性、製造歩留まりの低下を防止する技術を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a technique for preventing a decrease in reliability and manufacturing yield in a nonvolatile memory element such as an AG-AND type flash memory.
また、本発明の他の目的は、不揮発性記憶素子におけるディスターブ現象を抑制させることにある。 Another object of the present invention is to suppress the disturb phenomenon in the nonvolatile memory element.
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。 Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
本発明による半導体集積回路装置の製造方法は、以下の工程を有している。
(a)半導体基板の主面上に第1導体膜を形成した後、前記第1導体膜上に、前記第1導体膜よりも厚い膜厚を有するキャップ絶縁膜を形成する工程、
(b)前記キャップ絶縁膜および前記第1導体膜をパターニングすることによって、上部が前記キャップ絶縁膜で覆われ、所定のスペースを置いて第1方向に延在する複数の第1導体片を形成する工程、
(c)ジクロロシランを原料とするCVD法を用いて、前記半導体基板の主面上に高温酸化膜を形成した後、前記高温酸化膜を異方性エッチングすることによって、複数の前記第1導体片および前記キャップ絶縁膜のそれぞれの側壁に、前記高温酸化膜からなるサイドウォールスペーサを形成する工程、
(d)前記半導体基板の主面上を洗浄した後、前記第1導体片のスペース領域に高温熱酸化処理により酸化シリコン膜を形成する工程、
(e)前記半導体基板の主面上に第2導体膜を形成し、前記キャップ絶縁膜で覆われた前記第1導体片のそれぞれのスペース領域に前記第2導体膜を充填する工程、
(f)前記第2導体膜を異方性エッチングにて、前記キャップ絶縁膜が露出すると共に前記第1導体片のスペース領域には前記第2導体膜が残存している程度にエッチバックする工程、
(g)前記工程(f)の後、前記半導体基板の主面上に第1絶縁膜を形成し、前記第1絶縁膜の上部に第3導体膜を形成する工程、
(h)前記第3導体膜、前記第1絶縁膜および前記第2導体膜をパターニングすることによって、前記第3導体膜からなり、所定のスペースを置いて前記第1方向と交差する第2方向に延在する複数の第3導体片を形成すると共に、前記第3導体片のそれぞれの下部領域に前記第2導体膜からなる第2導体片を形成する工程。
A manufacturing method of a semiconductor integrated circuit device according to the present invention includes the following steps.
(A) forming a cap insulating film having a thickness greater than that of the first conductor film on the first conductor film after forming the first conductor film on the main surface of the semiconductor substrate;
(B) By patterning the cap insulating film and the first conductor film, a plurality of first conductor pieces that are covered with the cap insulating film and extend in the first direction with a predetermined space are formed. The process of
(C) A high temperature oxide film is formed on the main surface of the semiconductor substrate using a CVD method using dichlorosilane as a raw material, and then the high temperature oxide film is anisotropically etched to thereby form a plurality of the first conductors. Forming a sidewall spacer made of the high-temperature oxide film on each side wall of the piece and the cap insulating film;
(D) a step of forming a silicon oxide film by high-temperature thermal oxidation treatment in the space region of the first conductor piece after cleaning the main surface of the semiconductor substrate;
(E) forming a second conductor film on a main surface of the semiconductor substrate and filling the second conductor film in each space region of the first conductor piece covered with the cap insulating film;
(F) A step of etching back the second conductor film to such an extent that the cap insulating film is exposed and the second conductor film remains in the space region of the first conductor piece by anisotropic etching. ,
(G) after the step (f), forming a first insulating film on the main surface of the semiconductor substrate and forming a third conductor film on the first insulating film;
(H) A second direction that is made of the third conductor film by patterning the third conductor film, the first insulating film, and the second conductor film, and intersects the first direction with a predetermined space. Forming a plurality of third conductor pieces extending in length and forming a second conductor piece made of the second conductor film in a lower region of each of the third conductor pieces.
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。 Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.
AG−AND型フラッシュメモリのような不揮発性記憶素子において、信頼性、製造歩留まりの低下を防止することができる。 In a nonvolatile memory element such as an AG-AND type flash memory, it is possible to prevent a decrease in reliability and manufacturing yield.
また、不揮発性記憶素子におけるディスターブ現象を抑制させることことができる。 In addition, the disturb phenomenon in the nonvolatile memory element can be suppressed.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof will be omitted.
本実施の形態は、例えば4Gbit(ギガビット)の容量を有するAG−AND型フラッシュメモリに本発明を適用したものである。 In the present embodiment, the present invention is applied to an AG-AND type flash memory having a capacity of 4 Gbit (gigabit), for example.
図1は、本実施の形態のAND型フラッシュメモリのメモリアレイを示す回路図、図2は、メモリアレイの構成を簡略化して示す要部平面図、図3は、図2のA−A線に沿った断面図である。 FIG. 1 is a circuit diagram showing a memory array of an AND type flash memory according to the present embodiment, FIG. 2 is a plan view of a principal part showing a simplified configuration of the memory array, and FIG. 3 is a line AA in FIG. FIG.
AND型フラッシュメモリは、メモリアレイのY方向に延在する複数の補助ゲート4と、これと直交するX方向に延在する複数の制御ゲート12と、互いに隣接する補助ゲート4、4間に位置し、補助ゲート4および制御ゲート12に対して絶縁された状態で形成された電荷蓄積用の膜として浮遊ゲート10とを備えている。特に限定はされないが、補助ゲート4は、例えば4本を1単位として互いに共通配線(図示せず)に接続されており、場合に応じて書込み動作およびローカルビット線の役割を果たす反転層の形成に用いられる。すなわち、補助ゲート4に所定の電圧を印加すると、補助ゲート4の下部の半導体基板1(p型ウエル2)に、メモリセルのソースまたはドレインとして機能するn型反転層が形成される。この反転層は、補助ゲート4に沿ってメモリアレイのY方向に延在するので、ローカルビット線として利用される。これにより、p型ウエル2にあらかじめソース、ドレイン用の拡散層を形成したり、メモリセルの上層にローカルビット線用の配線を形成したりする場合に比べて、メモリセルサイズを縮小することができる。また、補助ゲート4は、互いに隣接するメモリセル間のアイソレーション機能も有している。これにより、メモリアレイ内にアイソレーション領域が不要となるので、メモリセルサイズをさらに縮小することができる。制御ゲート12は、ワード線WLを構成し、1ブロックのメモリセルに対して、例えば256本形成されている。
The AND-type flash memory is located between a plurality of
図3に示すように、補助ゲート4は、p型ウエル2の表面のゲート絶縁膜(ゲート酸化膜)3上に形成されている。補助ゲート4は、導体膜として例えばn型多結晶シリコン膜からなり、その上部には、補助ゲート4のキャップ絶縁膜を構成する絶縁膜として、例えば窒化シリコン膜5が形成されている。補助ゲート4および窒化シリコン膜5のそれぞれの側壁には、酸化シリコン膜などの絶縁膜からなるサイドウォールスペーサ8が形成されている。後述するように、本実施の形態のAND型フラッシュメモリは、稠密性が高い酸化シリコン膜でサイドウォールスペーサ8を構成している。
As shown in FIG. 3, the
電荷蓄積用の浮遊ゲート10は、互いに隣接する補助ゲート4、4のスペース領域に配置され、p型ウエル2の表面の酸化シリコン膜9上に形成されている。酸化シリコン膜9は、メモリセルのトンネル絶縁膜として機能する膜であり、この酸化シリコン膜9を介してp型ウエル2の表面から浮遊ゲート10に電子を注入することにより、情報の書き込みが行われる。また、酸化シリコン膜9を介して浮遊ゲート10からp型ウエル2に電子を放出することにより、情報の消去が行われる。浮遊ゲート10は、補助ゲート4の側壁に形成された絶縁膜(酸化シリコン膜)7とサイドウォールスペーサ8とを介して補助ゲート4と絶縁されている。
The charge
浮遊ゲート10とその上部の制御ゲート12(ワード線WL)は、ONO膜11を介して互いに絶縁されている。ONO膜11は、2層の酸化シリコン膜とその間に形成された窒化シリコン膜とからなる。制御ゲート12(ワード線WL)は、導体膜として例えばPやAsなどがドープされたn型多結晶シリコン膜と、その上に導体膜として例えばタングステンシリサイド(WSi)膜などの高融点金属膜を堆積したポリサイド膜からなる。
The floating
浮遊ゲート10は、p型ウエル2の表面からの高さが補助ゲート4よりも高くなるように形成されている。これにより、メモリセルの微細化を進めても、浮遊ゲート10と制御ゲート12との対向面積を増やすことができるので、カップリング比の低下が抑制され、メモリセルを高速動作させることが可能になる。
The floating
図23および図24は、所定の選択メモリセルに情報を書き換える際の電圧印加条件を示した回路図である。AG−AND型フラッシュメモリは、ワード線単位でメモリセルの情報を書き換えることが可能である。 23 and 24 are circuit diagrams showing voltage application conditions when information is rewritten in a predetermined selected memory cell. The AG-AND type flash memory can rewrite information in the memory cell in units of word lines.
所定のメモリセルのデータを消去する際には、図23に示すように、まず選択ワード線SWおよび各補助ゲートAGn(n=0〜3)に所定の消去電圧を印加し、浮遊ゲート10中の電子を基板に放出(F−N(Fowlor Nordheim)トンネル放出)する。これにより、選択ワード線SWに接続されたすべてのメモリセルMCの閾値電圧は、所定の値以下の消去状態に設定される。 When erasing data in a predetermined memory cell, a predetermined erase voltage is first applied to the selected word line SW and each auxiliary gate AGn (n = 0 to 3) as shown in FIG. Are emitted to the substrate (FN (Fowlor Nordheim) tunnel emission). As a result, the threshold voltages of all the memory cells MC connected to the selected word line SW are set to an erased state equal to or lower than a predetermined value.
所定のメモリセルにデータを書き込む際には、図24に示すように、まず、選択ゲートAG2に8Vを印加し、選択ゲートAG0に5Vを印加する。同時に前記書き込み対象とされる選択メモリセルに隣接する選択ゲートAG1には、上記選択ゲートAG0およびAG2に印加した電圧よりも低い電圧を印加する。この状態で、選択ゲートAG0およびAG2の下の半導体基板表面に反転層が形成される。このとき、選択ゲートAG2下の反転層は、ビット線GBL1と導通し、4.5V程度の電位が与えられる。また、選択ゲートAG0下の反転層は、ビット線GBL0と導通し、0Vのような接地電位が印加される。これにより、ビット線GBL1側の反転層からビット線GBL0側の反転層に電流が流れるが、書き込み対象とされる選択メモリセルのチャネルと、その隣の選択ゲートAG1下に形成された弱反転層との間に電界集中を生じ、この電界集中によって半導体基板の表面にホットエレクトロンを生じ、ホットエレクトロンが選択ワード線SWの高電位(ここでは15V)による電界で選択メモリセルの浮遊ゲートに注入される。選択メモリセルは、浮遊ゲートに電子が注入されることにより、閾値電圧が高い状態となり、データが書き込まれた状態となる。 When writing data to a predetermined memory cell, as shown in FIG. 24, first, 8V is applied to the selection gate AG2, and 5V is applied to the selection gate AG0. At the same time, a voltage lower than the voltage applied to the selection gates AG0 and AG2 is applied to the selection gate AG1 adjacent to the selected memory cell to be written. In this state, an inversion layer is formed on the surface of the semiconductor substrate under select gates AG0 and AG2. At this time, the inversion layer under the selection gate AG2 is electrically connected to the bit line GBL1, and a potential of about 4.5V is applied. The inversion layer under the selection gate AG0 is electrically connected to the bit line GBL0, and a ground potential such as 0V is applied. Thereby, a current flows from the inversion layer on the bit line GBL1 side to the inversion layer on the bit line GBL0 side, but the channel of the selected memory cell to be written and the weak inversion layer formed below the selection gate AG1 adjacent thereto. The electric field concentration occurs between the first and second electrodes, and hot electrons are generated on the surface of the semiconductor substrate by the electric field concentration. The hot electrons are injected into the floating gate of the selected memory cell by the electric field generated by the high potential (15 V in this case) of the selected word line SW. The The selected memory cell is in a state where the threshold voltage is high and data is written by injecting electrons into the floating gate.
次に、図4〜図20を参照しながら、本実施の形態のAND型フラッシュメモリの製造方法を工程順に説明する。 Next, the manufacturing method of the AND type flash memory according to the present embodiment will be described in the order of steps with reference to FIGS.
まず、図4に示すように、1〜10Ωcm程度の比抵抗を有するp型の単結晶シリコンからなる半導体基板(以下、基板という)1にホウ素(B)をイオン注入することによって、p型ウエル2を形成する。続いて、基板1を熱酸化することによって、p型ウエル2の表面に7〜9nm程度の膜厚を有するゲート酸化膜3を形成する。
First, as shown in FIG. 4, boron (B) is ion-implanted into a semiconductor substrate (hereinafter referred to as a substrate) 1 made of p-type single crystal silicon having a specific resistance of about 1 to 10 Ωcm. 2 is formed. Subsequently, the
次に、図5に示すように、CVD法を用いてゲート酸化膜3上にリン(P)またはヒ素(As)がドープされたn型多結晶シリコン膜4nを堆積した後、n型多結晶シリコン膜4n上にキャップ絶縁膜として、窒化シリコン膜5および酸化シリコン膜6をそれぞれCVD法で堆積する。n型多結晶シリコン膜4nの膜厚は、70nm程度とする。また、後の工程で形成する浮遊ゲート10の高さを充分に大きくするために、キャップ絶縁膜(窒化シリコン膜5および酸化シリコン膜6)の膜厚は、少なくともn型多結晶シリコン膜4nの膜厚よりも大きくし、より好ましくはn型多結晶シリコン膜4nの2倍以上とする。ここでは、窒化シリコン膜5の膜厚を70nm程度、酸化シリコン膜6の膜厚を250nm程度とする。このように、酸化シリコン膜6は、その膜厚を厚くする必要があるので、成膜速度が大きいCVD法、例えば液体ソースのTEOS(TetraEthOxySilane)を原料とする常圧〜低圧CVD法によって堆積する。
Next, as shown in FIG. 5, after depositing an n-type
次に、図6および図7(図6のA−A線に沿った断面図)に示すように、フォトレジスト膜をマスクにしたドライエッチングで酸化シリコン膜6、窒化シリコン膜5およびn型多結晶シリコン膜4nをパターニングすることにより、n型多結晶シリコン膜4nからなる補助ゲート4を形成する。
Next, as shown in FIGS. 6 and 7 (cross-sectional views taken along line AA in FIG. 6), the
次に、図8に示すように、熱酸化処理によって、加工した補助ゲート4(n型多結晶シリコン膜4n)の側壁に、膜厚10nm程度の薄い酸化シリコン膜7を形成する。補助ゲート4の側壁の酸化シリコン膜7は、補助ゲート4と後の工程で形成する浮遊ゲート10との間の絶縁耐圧を向上させるために形成する。なお、この熱酸化を行うと、補助ゲート4、4間のp型ウエル2の表面にも酸化シリコン膜7が形成される。
Next, as shown in FIG. 8, a thin
次に、図9に示すように、基板1上にCVD法で膜厚40nm程度の酸化シリコン膜8aを堆積する。この酸化シリコン膜8aは、キャップ絶縁膜の一部を構成する酸化シリコン膜6よりも稠密な膜となるよう、ジクロロシラン(dichlorosilane)を原料として800℃程度の高温で堆積する、いわゆる高温酸化膜(HTO膜)によって構成し、さらに成膜後に、成膜温度以上の高温で焼き締めを行う。
Next, as shown in FIG. 9, a
次に、図10および図11(図10のA−A線に沿った断面図)に示すように、酸化シリコン膜8aを異方性エッチングすることによって、補助ゲート4とキャップ絶縁膜(窒化シリコン膜5および酸化シリコン膜6)のそれぞれの側壁にサイドウォールスペーサ8を形成する。
Next, as shown in FIGS. 10 and 11 (cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 10), the
サイドウォールスペーサ8を構成する酸化シリコン膜8a(高温酸化膜)は、TEOSを原料とするCVD法で堆積した酸化シリコン膜(TEOS膜)に比べて稠密であるために、異方性エッチングの速度はTEOS膜より小さい。特に、サイドウォールスペーサ8が形成される補助ゲート4、4の狭いスペース領域においては、ドライエッチングのマイクロローディング効果によって、エッチングレートの低下が顕著に起こり易い。また、基板1の面内における素子の疎密を考慮すると、メモリアレイの中央領域と周辺領域とでは、エッチングの速度に差が生じる。さらに、補助ゲート4の寸法、酸化シリコン膜8aの膜厚、補助ゲート4、4のスペース幅などにも僅かなばらつきが存在する。
Since the
このような理由から、高温酸化膜で構成された酸化シリコン膜8aを異方性エッチングしてサイドウォールスペーサ8を形成する場合は、サイドウォールスペーサ8の膜厚にばらつきが生じ易い。その対策として、本実施の形態では、ドライエッチング装置のチャンバ内圧力を10Pa以下、好ましくは5Pa程度に下げた状態で酸化シリコン膜8aをエッチングする。これにより、上記した種々の要因に起因するサイドウォールスペーサ8の膜厚のばらつきを低減することができるので、表面に凹凸のない順テーパ状のサイドウォールスペーサ8を形成することができる。
For this reason, when the
上記の異方性エッチングを行うと、補助ゲート4、4のスペース領域では、p型ウエル2の表面の酸化シリコン膜7が削られるので、露出したp型ウエル2の表面には、エッチング時に生じたカーボンなどを含むエッチングダメージ層が生じる。そこで、次に、低ダメージのドライエッチングを行ってエッチングダメージ層を除去し、さらにウェットエッチングを行ってp型ウエル2の表面を清浄化した後、基板1を熱処理することによって、p型ウエル2の表面に膜厚7〜10nm程度の酸化シリコン膜9を形成する。なお、酸化シリコン膜9を形成する際には、窒素雰囲気中で基板1を熱処理してもよい。これにより、酸化シリコン膜9とp型ウエル2pとの界面に窒素が偏析し、メモリセルのトンネル酸化膜として機能する酸化シリコン膜9の膜質が向上するので、メモリセルの電荷保持特性が向上する。
When the above-described anisotropic etching is performed, the
次に、図12に示すように、CVD法を用いて基板1上にリンまたはヒ素がドープされたn型多結晶シリコン膜10nを堆積し、続いて、n型多結晶シリコン膜10nの表面をエッチバックすることによって、その表面を酸化シリコン膜6(キャップ絶縁膜)の表面よりも僅かに下方に後退させる。n型多結晶シリコン膜10nと酸化シリコン膜6との表面段差は、30nm程度以内にすることが好ましい。n型多結晶シリコン膜10nは、後の工程で浮遊ゲート10となる導体膜である。
Next, as shown in FIG. 12, an n-type
次に、図13に示すように、キャップ絶縁膜の一部である酸化シリコン膜6をドライエッチングして除去する。このドライエッチングは、キャップ絶縁膜の残部である窒化シリコン膜5をエッチングストッパに用いて行う。酸化シリコン膜6をドライエッチングすると、露出した窒化シリコン膜5の上面より上方のサイドウォールスペーサ8も除去されるので、窒化シリコン膜5の上面とサイドウォールスペーサ8の上面とがほぼ同じ高さになる。ここまでの工程により、補助ゲート4よりも高く、かつ補助ゲート4と同一方向に延在する帯状のn型多結晶シリコン膜10nが補助ゲート4およびサイドウォールスペーサ8に対して自己整合的に形成される。また、表面に凹凸のない順テーパ状のサイドウォールスペーサ8上にn型多結晶シリコン膜10nを堆積したことにより、n型多結晶シリコン膜10nの表面も凹凸のない形状となる。
Next, as shown in FIG. 13, the
次に、図14に示すように、基板1上にONO膜11を形成する。ONO膜11は、CVD法で堆積した3層の絶縁膜(酸化シリコン膜、窒化シリコン膜および酸化シリコン膜)で構成する。窒化シリコン膜を挟む2層の酸化シリコン膜は、CVD法に代えて熱酸化法で形成してもよい。
Next, as shown in FIG. 14, an
次に、図15に示すように、CVD法を用いてONO膜11上にリンまたはヒ素がドープされたn型多結晶シリコン膜12n、タングステンシリサイド膜12mおよび酸化シリコン膜13を順次堆積する。n型多結晶シリコン膜10nの上部におけるn型多結晶シリコン膜12nの膜厚は80nm程度であり、タングステンシリサイド膜12mおよび酸化シリコン膜13の膜厚は、それぞれ150nm程度である。
Next, as shown in FIG. 15, an n-type
次に、図16および図17(図16のB−B線に沿った断面図)に示すように、フォトレジスト膜をマスクにしたドライエッチングで酸化シリコン膜13をパターニングする。続いて、フォトレジスト膜を除去した後、酸化シリコン膜13をマスク材として、タングステンシリサイド膜12mおよびn型多結晶シリコン膜12nをパターニングする。ここまでの工程により、タングステンシリサイド膜12mおよびn型多結晶シリコン膜12nからなる制御ゲート12(ワード線WL)が形成される。
Next, as shown in FIGS. 16 and 17 (cross-sectional view taken along line BB in FIG. 16), the
次に、図18、図19(図18のB−B線に沿った断面図)および図20(図18のC−C線に沿った断面図)に示すように、制御ゲート12(ワード線WL)を覆う酸化シリコン膜13をマスクにして、制御ゲート12、12のスペース領域のONO膜11およびn型多結晶シリコン膜10nをドライエッチングする。続いて、このドライエッチングだけでは除去しきれないn型多結晶シリコン膜10nの残膜を除去するために、加熱したAPM(アンモニア+過酸化水素)洗浄液またはフッ硝酸を用いてウェットエッチング処理を行う。すなわち、ワード線WLと浮遊ゲート10のパターニングをドライエッチングおよびウェットエッチングを用いて行う。ここまでの工程により、補助ゲート4と同一方向に延在していた帯状のn型多結晶シリコン膜10nがメモリセル毎に分離され、制御ゲート12(ワード線WL)に対して自己整合的に浮遊ゲート10が形成される。
Next, as shown in FIG. 18, FIG. 19 (cross-sectional view along the line BB in FIG. 18) and FIG. 20 (cross-sectional view along the line CC in FIG. 18), the control gate 12 (word line) Using the
次に、半導体基板の主面上に、酸素(O2)を含むガスを用いた高温急加熱処理による熱酸化を行う。この熱酸化処理をすることで、露出した半導体基板、浮遊ゲート10の側面および制御ゲート12の側面が酸化され、数nm程度の酸化膜が形成される(図示はしない)。この熱酸化処理を行う主な目的は、上記浮遊ゲート10のゲート端における電界集中を抑制するために行う。さらに、この熱酸化により、前記ドライエッチング処理やウェットエッチング処理でも除去しきれずわずかに残ったn型多結晶シリコン膜10nの残膜を酸化して、完全に除去することを目的としている。
Next, thermal oxidation is performed on the main surface of the semiconductor substrate by a high-temperature rapid heating process using a gas containing oxygen (O 2 ). By performing this thermal oxidation treatment, the exposed semiconductor substrate, the side surface of the floating
また、上記の熱酸化処理をISSG(In-Situ Steam Generation)酸化法によって行ってもよい。ISSG酸化法は、減圧した熱処理チャンバ内に水素と酸素を直接導入し、約1000℃の雰囲気中でラジカル酸化反応を行う方法である。 The thermal oxidation treatment may be performed by an ISSG (In-Situ Steam Generation) oxidation method. The ISSG oxidation method is a method in which hydrogen and oxygen are directly introduced into a reduced-pressure heat treatment chamber and a radical oxidation reaction is performed in an atmosphere at about 1000 ° C.
前述したように、本実施の形態の製造方法によれば、サイドウォールスペーサ8は、表面に凹凸のない順テーパ状となる。これにより、n型多結晶シリコン膜10nをドライエッチングして浮遊ゲート10を形成する際、従来技術のように、サイドウォールスペーサ8の陰になった部分でn型多結晶シリコン膜10nがエッチングされずに残るという問題は生じない。すなわち、本実施の形態の製造方法によれば、n型多結晶シリコン膜10nをドライエッチングして浮遊ゲート10を形成する際、サイドウォールスペーサ8の形状不良に起因して、浮遊ゲート10、10間が分離されずに短絡する不良を確実に防止することができる。
As described above, according to the manufacturing method of the present embodiment, the
また、前述したように、本実施の形態の製造方法によれば、表面に凹凸のない順テーパ状のサイドウォールスペーサ8上にn型多結晶シリコン膜10nを堆積したことにより、n型多結晶シリコン膜10nの表面も凹凸のない形状となる。これにより、n型多結晶シリコン膜10nをドライエッチングして浮遊ゲート10を形成した後、APM液を用いてウェットエッチング処理を行うと、浮遊ゲート10の四隅からひげ状に延びる残膜やサイドウォールスペーサ8の側面に薄皮状に残る残膜も良好に除去される。従って、図21に示すように、浮遊ゲート10の平面形状は、サイドウォールスペーサ8に接する部分の長さ(補助ゲート4の延在方向の長さ)bが中央部の長さaと同じかそれよりも小さい(b≦a)矩形状となる。
Further, as described above, according to the manufacturing method of the present embodiment, the n-type
一方、図22は、補助ゲートの側壁に形成するサイドウォールスペーサをTEOS膜で構成した場合に生じ得る浮遊ゲート10の平面形状を示している。前述したように、TEOSを原料とするCVD法で堆積した酸化シリコン膜を比較的高圧力のエッチング条件で異方性エッチングすると、サイドウォールスペーサの加工形状に凹凸が生じ易い。そのため、補助ゲートおよびサイドウォールスペーサに対して自己整合的に形成される浮遊ゲート10は、その四隅が尖って角を突き出したようないびつな形状になる。すなわち、浮遊ゲート10の平面形状は、サイドウォールスペーサに接する部分の長さ(補助ゲートの延在方向の長さ)b’が中央部の長さaよりも大きい(b’>a)形状となる。そして、浮遊ゲート10がこのような形状になると、消去動作の際に浮遊ゲート10の四隅に電界が集中し、電子が高いエネルギーを持った状態で基板に放出されるようになるので、基板中で2次電子が発生する。そして、この2次電子が隣接メモリセルの浮遊ゲートに注入されると、隣接メモリセルの閾値電圧が不所望に上昇するディスターブ現象が発生する。これに対し、本実施の形態の浮遊ゲート10は、その四隅が尖って角を突き出した形状とはならないので、上記したディスターブ現象の発生を抑制することができる。
On the other hand, FIG. 22 shows a planar shape of the floating
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.
例えば、上記メモリセルMCには、多値の情報を記憶させることも可能である。この多値記憶は、選択ワード線SWの書き込み電圧を一定にし、書き込み時間を変えることで、浮遊ゲート4に注入する電子の量を変化させることで行なうため、何種類かの閾値レベルを有するメモリセルMCを形成することができる。すなわち、“00”/“01”/“10”/“11”といったような4つ以上の値を記憶させることができる。これにより、1つのメモリセルMCが2つのメモリセルの働きをするので、フラッシュメモリの小型化を実現できる。
For example, multi-value information can be stored in the memory cell MC. Since this multi-value storage is performed by changing the amount of electrons injected into the floating
また、前記実施の形態では、補助ゲートよりも高さの大きい浮遊ゲートを有するAG−AND型フラッシュメモリに適用したが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、側壁にサイドウォールスペーサが形成された補助ゲートのスペース領域に第1導体膜を充填した後、制御ゲート用の第2導体膜をパターニングする際に第1導体膜をパターニングして浮遊ゲートを形成するAG−AND型フラッシュメモリ一般に適用することができる。 In the above embodiment, the present invention is applied to an AG-AND type flash memory having a floating gate having a height higher than that of the auxiliary gate. However, the present invention is not limited to this. That is, according to the present invention, the first conductor film is patterned when the second conductor film for the control gate is patterned after the space region of the auxiliary gate having the sidewall spacer formed on the side wall is filled with the first conductor film. In general, the present invention can be applied to an AG-AND type flash memory in which a floating gate is formed.
本発明は、電荷蓄積用の浮遊ゲート電極と制御ゲート電極と補助ゲート電極とでフラッシュメモリを構成した半導体集積回路装置に適用して有効である。 The present invention is effective when applied to a semiconductor integrated circuit device in which a flash memory is composed of a floating gate electrode for charge storage, a control gate electrode, and an auxiliary gate electrode.
1 半導体基板
2 p型ウエル
3 ゲート絶縁膜(ゲート酸化膜)
4 補助ゲート
4n n型多結晶シリコン膜
5 窒化シリコン膜
6 酸化シリコン膜
7 絶縁膜(酸化シリコン膜)
8a 酸化シリコン膜
8 サイドウォールスペーサ
9 酸化シリコン膜
10 浮遊ゲート
10n n型多結晶シリコン膜
11 ONO膜
12 制御ゲート
12n n型多結晶シリコン膜
12m タングステンシリサイド膜
13 酸化シリコン膜
34 補助ゲート
35 キャップ絶縁膜
38a 第2酸化シリコン膜
38 サイドウォールスペーサ
39 酸化シリコン膜
40 浮遊ゲート
40n n型多結晶シリコン膜
41 ONO膜
42 制御ゲート
42n n型多結晶シリコン膜
42m タングステンシリサイド膜
43 酸化シリコン膜
AGn 補助ゲート
WL ワード線
1 semiconductor substrate 2 p-type well 3 gate insulating film (gate oxide film)
8a
Claims (25)
(a)半導体基板の主面上に第1導体膜を形成した後、前記第1導体膜上に、前記第1導体膜よりも厚い膜厚を有するキャップ絶縁膜を形成する工程、
(b)前記キャップ絶縁膜および前記第1導体膜をパターニングすることによって、上部が前記キャップ絶縁膜で覆われた第1導体片を形成する工程、
(c)ジクロロシランを原料とするCVD法を用いて、前記半導体基板の主面上に高温酸化膜を形成した後、前記高温酸化膜を異方性エッチングすることによって、前記第1導体片および前記キャップ絶縁膜のそれぞれの側壁に、前記高温酸化膜からなるサイドウォールスペーサを形成する工程。 Manufacturing method of semiconductor integrated circuit device having the following steps:
(A) forming a cap insulating film having a thickness greater than that of the first conductor film on the first conductor film after forming the first conductor film on the main surface of the semiconductor substrate;
(B) patterning the cap insulating film and the first conductor film to form a first conductor piece whose upper part is covered with the cap insulating film;
(C) After forming a high temperature oxide film on the main surface of the semiconductor substrate using a CVD method using dichlorosilane as a raw material, the high temperature oxide film is anisotropically etched, whereby the first conductor piece and Forming a side wall spacer made of the high temperature oxide film on each side wall of the cap insulating film;
(a)半導体基板の主面上に第1導体膜を形成した後、前記第1導体膜上に、第1絶縁膜と第2絶縁膜との積層膜からなり、前記第1導体膜よりも厚い膜厚を有するキャップ絶縁膜を形成する工程、
(b)前記キャップ絶縁膜および前記第1導体膜をパターニングすることによって、上部が前記キャップ絶縁膜で覆われた第1導体片を形成する工程、
(c)ジクロロシランを原料とするCVD法を用いて、前記半導体基板の主面上に高温酸化膜を形成した後、前記高温酸化膜を異方性エッチングすることによって、前記第1導体片および前記キャップ絶縁膜のそれぞれの側壁に、前記高温酸化膜からなるサイドウォールスペーサを形成する工程。 Manufacturing method of semiconductor integrated circuit device having the following steps:
(A) After forming the first conductor film on the main surface of the semiconductor substrate, the first conductor film is formed of a laminated film of a first insulating film and a second insulating film, and is more than the first conductor film. Forming a cap insulating film having a thick film thickness;
(B) patterning the cap insulating film and the first conductor film to form a first conductor piece whose upper part is covered with the cap insulating film;
(C) After forming a high temperature oxide film on the main surface of the semiconductor substrate using a CVD method using dichlorosilane as a raw material, the high temperature oxide film is anisotropically etched, whereby the first conductor piece and Forming a side wall spacer made of the high temperature oxide film on each side wall of the cap insulating film;
(a)半導体基板の主面上に第1導体膜を形成した後、前記第1導体膜上に、前記第1導体膜よりも厚い膜厚を有するキャップ絶縁膜を形成する工程、
(b)前記キャップ絶縁膜および前記第1導体膜をパターニングすることによって、上部が前記キャップ絶縁膜で覆われ、所定のスペースを置いて第1方向に延在する複数の第1導体片を形成する工程、
(c)ジクロロシランを原料とするCVD法を用いて、前記半導体基板の主面上に高温酸化膜を形成した後、前記高温酸化膜を異方性エッチングすることによって、複数の前記第1導体片および前記キャップ絶縁膜のそれぞれの側壁に、前記高温酸化膜からなるサイドウォールスペーサを形成する工程、
(d)前記半導体基板の主面上を洗浄した後、前記第1導体片のスペース領域に高温熱酸化処理により酸化シリコン膜を形成する工程、
(e)前記半導体基板の主面上に第2導体膜を形成し、前記キャップ絶縁膜で覆われた前記第1導体片のそれぞれのスペース領域に前記第2導体膜を充填する工程、
(f)前記第2導体膜を、異方性エッチングにより、前記キャップ絶縁膜が露出すると共に、前記第1導体片のスペース領域に前記第2導体膜が残存する程度にエッチバックする工程、
(g)前記工程(f)の後、前記半導体基板の主面上に第1絶縁膜を形成し、前記第1絶縁膜の上部に第3導体膜を形成する工程、
(h)前記第3導体膜、前記第1絶縁膜および前記第2導体膜をパターニングすることによって、前記第3導体膜からなり、所定のスペースを置いて前記第1方向と交差する第2方向に延在する複数の第3導体片を形成すると共に、前記第3導体片のそれぞれの下部領域に前記第2導体膜からなる第2導体片を形成する工程。 Manufacturing method of semiconductor integrated circuit device having the following steps:
(A) forming a cap insulating film having a thickness greater than that of the first conductor film on the first conductor film after forming the first conductor film on the main surface of the semiconductor substrate;
(B) By patterning the cap insulating film and the first conductor film, a plurality of first conductor pieces that are covered with the cap insulating film and extend in the first direction with a predetermined space are formed. The process of
(C) A high temperature oxide film is formed on the main surface of the semiconductor substrate using a CVD method using dichlorosilane as a raw material, and then the high temperature oxide film is anisotropically etched to thereby form a plurality of the first conductors. Forming a sidewall spacer made of the high-temperature oxide film on each side wall of the piece and the cap insulating film;
(D) a step of forming a silicon oxide film by high-temperature thermal oxidation treatment in the space region of the first conductor piece after cleaning the main surface of the semiconductor substrate;
(E) forming a second conductor film on a main surface of the semiconductor substrate and filling the second conductor film in each space region of the first conductor piece covered with the cap insulating film;
(F) Etching back the second conductor film to such an extent that the cap insulating film is exposed and the second conductor film remains in a space region of the first conductor piece by anisotropic etching;
(G) after the step (f), forming a first insulating film on the main surface of the semiconductor substrate and forming a third conductor film on the first insulating film;
(H) A second direction that is made of the third conductor film by patterning the third conductor film, the first insulating film, and the second conductor film, and intersects the first direction with a predetermined space. Forming a plurality of third conductor pieces extending in length and forming a second conductor piece made of the second conductor film in a lower region of each of the third conductor pieces.
をさらに含むことを特徴とする請求項7記載の半導体集積回路装置の製造方法。 After the step (h), a step of forming a silicon oxide film on a side surface of the patterned second conductor film by a high-temperature rapid heating thermal oxidation method;
The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 7, further comprising:
(a)半導体基板の主面上に第1導体膜と、第1絶縁膜と第2導体膜とを順次形成する工程、
(b)ドライエッチングによって、前記第2導体膜と、前記第1絶縁膜と、前記第1導体膜とを所定の形状にパターニングする工程、
(c)前記工程(b)の後、前記第2導体膜および前記第1導体膜をウェットエッチングする工程。 Manufacturing method of semiconductor integrated circuit device having the following steps:
(A) a step of sequentially forming a first conductor film, a first insulating film, and a second conductor film on the main surface of the semiconductor substrate;
(B) patterning the second conductor film, the first insulating film, and the first conductor film into a predetermined shape by dry etching;
(C) A step of performing wet etching on the second conductor film and the first conductor film after the step (b).
(d)前記半導体基板の主面上に第3導体膜を形成し、前記第3導体膜の上部にキャップ絶縁膜を形成する工程、
(e)前記キャップ絶縁膜と前記第3導体膜とをパターニングすることによって、上部が前記キャップ絶縁膜で覆われた導体片を形成する工程、
(f)前記半導体基板の主面上に第2絶縁膜を形成した後、前記第2絶縁膜を異方性エッチングすることによって、前記導体片および前記キャップ絶縁膜のそれぞれの側壁にサイドウォールスペーサを形成する工程、
をさらに有することを特徴とする請求項15記載の半導体集積回路装置の製造方法。 Prior to step (a),
(D) forming a third conductor film on the main surface of the semiconductor substrate and forming a cap insulating film on the third conductor film;
(E) patterning the cap insulating film and the third conductor film to form a conductor piece whose upper part is covered with the cap insulating film;
(F) forming a second insulating film on the main surface of the semiconductor substrate, and then anisotropically etching the second insulating film to form sidewall spacers on the side walls of the conductor piece and the cap insulating film; Forming a process,
16. The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 15, further comprising:
(g)高温急加熱の熱酸化法によって、前記パターニングされた第1導体膜の側面に酸化シリコン膜を形成する工程、
をさらに含むことを特徴とする請求項19記載の半導体集積回路装置の製造方法。 After the step (c),
(G) a step of forming a silicon oxide film on a side surface of the patterned first conductor film by a high-temperature rapid heating thermal oxidation method;
20. The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 19, further comprising:
上部がキャップ絶縁膜で覆われ、所定のスペースを置いて前記主面の第1方向に延在する複数の補助ゲート電極と、
前記キャップ絶縁膜および前記補助ゲート電極のそれぞれの側壁に形成された酸化シリコン膜からなるサイドウォールスペーサと、
所定のスペースを置いて、前記第1方向と交差する第2方向に延在する複数の制御ゲート電極と、
前記補助ゲート電極のスペース領域のうち、前記制御ゲート電極の下部に位置する領域に形成された複数の電荷蓄積用浮遊ゲート電極と有する半導体集積回路装置であって、
前記第1方向に沿った前記浮遊ゲート電極の平面寸法は、前記サイドウォールスペーサに接している領域よりも、中央部の方が大きいことを特徴とする半導体集積回路装置。 A semiconductor substrate having a main surface;
A plurality of auxiliary gate electrodes, the upper part of which is covered with a cap insulating film and extending in the first direction of the main surface with a predetermined space;
A sidewall spacer made of a silicon oxide film formed on each side wall of the cap insulating film and the auxiliary gate electrode;
A plurality of control gate electrodes extending in a second direction intersecting the first direction with a predetermined space;
A semiconductor integrated circuit device having a plurality of charge storage floating gate electrodes formed in a region located below the control gate electrode in a space region of the auxiliary gate electrode,
The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein a planar dimension of the floating gate electrode along the first direction is larger in a central portion than in a region in contact with the sidewall spacer.
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